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《交通科技與經濟》2017年第4期

摘要：介紹了現代纜索動力軌道交通發展、原理和技術特征，系統地比較了現代纜索動力軌道交通與傳統軌道交通地鐵、輕軌等的特點。從系統成本和運營角度研究了建設纜索動力交通系統的優勢。

關鍵詞：Cablecar（纜索動力車輛）;APM（自動乘客系統）;城市交通運輸

0引言

纜索動力軌道交通系統是指使用軌道車輛，通過輪盤機以一定速度連續傳動的纜索拖曳纜車或鐵道車輛，來運輸旅客的一種大規模旅客傳輸系統[1]。車輛的起動和停止都可以通過拖曳和松開纜索來實現。纜索動力的車輛分很多種，有膠輪車、纜車、有軌鐵路等等，它們共同的特征就是以纜索為動力源。可以通過手動或裝置自動將線纜動力施加到車輛上。纜索動力軌道交通系統歷史悠久，隨著新技術發展，纜索軌道交通已經進化為自動旅客輸送系統（APM系統）的一種，具有技術簡單可靠、系統成本低、自動化程度高、節能環保等特點[6]。最早纜線牽引的鐵路于1840年出現在英國，當時位于倫敦和布萊克沃(blackWall)的鐵路，采用了一種繩索牽引和利用車輛上的鐵爪固定的技術。但是受限于早期技術不過關，當時的線纜質量差，這種技術很快被淘汰[2]。20世紀60～70年代，纜索動力交通在西方得到了飛速發展，對纜索動力交通的研究和應用進入了第二階段，這個時期歐美許多地方較現代化的纜索軌道交通系統工程得到實施[7]。由早期纜車索道技術基礎發展起來的現代纜索動力軌道交通系統,完全擺脫了普通纜車索道的運行速度低、車輛無動力不能自動運行、索道的纜索垂度大,以及難于通過彎道等低技術水平狀態[5]。該系統與普通纜車外形有相似之處，但是技術內涵、功能特性、應用的新技術、自動化程度，都全方位超越了后者。

1研究現狀

經過近100a的技術發展和經驗積累，經過二戰后幾十年的發展，尤其是本世紀，各種新技術的應用，符合APM（AutoPassengerMover）系統標準和規范的APM概念，現代化的纜索動力軌道交通系統實現了全自動化，無人駕駛。目前國外對纜索動力軌道交通系統無論在理論研究還是在應用方面都非常深入。發達國家為了節約城市建設資，加上人口密度低，廉價的纜索動力軌道交通系統成為不錯的選擇，因此應用較廣。而國內對于纜索動力軌道交通系統還不夠重視，相關研究很少，論文數量很少，并且缺乏實際項目應用支持。因此研究現代纜索動力軌道交通系統的特點，并根據各城市的應用場景，進行推廣，有著重要意義。

2技術原理

現代纜索動力軌道交通系統由動力驅動裝置、車輛、支撐結構、控制系統、通訊系統等部分組成。整個線路建設在以鋼結構或混凝土高架上，中心設置一個動力源及驅動輪機（Driver），線路構成類似于地鐵和輕軌。纜索依靠位于纜索房或動力房的固定驅動電動機或引擎帶動。當纜索持續移動時，速度可以根據夾在動力纜索上的單元數量多少來定[3]。當車輛上一個類似套抓的夾具夾住動力繩上時，纜車開始移動。相反，當這個夾持設備松開纜索時，車輛開始制動，并最終停穩。利用車輛上的夾具，纜索能夠實現所有的基本功能，如牽引、加速、減速、制動。夾持和松開動作可以是手動，也可以是自動化。為了乘客的舒適性，防止加速度過快，夾持動作必須保證是一種漸進過程。在車輛的轉向架上還有一系二系的懸掛裝置，以減輕沖擊。纜索動力交通系統一般采用柔性復合索軌,索軌由2根并列的纜索上部覆蓋槽形鋁合金軌道板構成[4]，可以架設在鋼架結構或混凝土地面。由于軌道板側面平滑，車輛也可以利用導向輪進行導向。而不用纜索滑輪進行導向。軌道之間的導向輪和導向裝置見圖5。在彎曲段或車站區域，可采用硬度更高的鋼板。車站區段采用剛性硬軌來保證車輛在站內平穩停靠[4]。車輪一般采用充氣式膠輪。膠輪能很好地減震，同時爬坡能力強，適合彎道和坡度大的環境下。在車輛轉向架底部安裝有導向輪。車輛使用橡膠輪行駛在混凝土或鋼結構高架橋上。導向輪負責車輛的轉向，并具有防止脫軌功能。采用充氣橡膠輪能夠提供車輛的爬坡能力和行駛的平穩度，增加乘客的舒適度。一般不采用鋼輪，是因為鋼輪的摩擦因數小，不利于緊急情況下的制動。

3系統結構及技術特點

現代纜索動力APM系統的系統結構非常簡單，可以根據業主要求定制。全線車輛動力由中央動力室提供。通過動力室的中央監控室即可監測整個線路的運營情況。固定馬達和緊急備用馬達保證了故障車輛能夠很容易地回到車站維修和安全清客。線纜技術高效牽引解決方案能夠提供簡單的能量分配，而不用像地鐵和輕軌那樣復雜的配電所和不需要高功率的牽引變電站。這樣車輛上不用復雜的車載設備，如牽引電動機、逆變器、齒輪箱和制動器等，地面上也不需要復雜的供電設備和信號系統設備。由于設備簡單，很少的車輛設備和軌旁設備，保證了系統的失效率??；自動化程度高，車輛的起動、行駛、到站停車，對位開門等一系列自動化過程完全不需要有人控制，由控制中心的計算機調度，這一特點類似地鐵信號系統的ATO自動駕駛控制模式。

4與其他城市交通運輸系統比較

4.1優點

1）工程結構簡單,土建施工速度快。車輛走行的索軌鋼架結構、懸吊索軌的纜索、動力驅動裝置,其主要部件均可在工廠生產,現場組裝。鋼架結構沒有任何特殊設計要求,所以纜索軌道交通建設速度很快[5]。

2）地面子系統少，對比常見的地鐵輕軌系統（車輛、供電、信號、通信等十幾個子系統）。只包含車輛、通信、動力等較少系統。

3）纜索動力系統車輛極為簡化，省下價格昂貴的牽引系統及車輛電氣，成本極大降低,也便于日常維護和檢修。以下是與其他類型軌道交通各項成本比較。由于相關系統少。制造可以標準化，線路設計模塊化，尤其是采用高架模塊化建設，節省了土建費用，非常適合土地資源稀缺的商業中心。投資費用低，環境友好，可以實現零排放,這樣可以節約巨量的建設費用。尤其適合特殊場合下，國內中小城市中小運量的交通模式。

3）自動化程度高，完全實現無人駕駛和控制，只需要設置中央監控室。極大地減少了人力成本。

4）索軌交通能夠爬大坡、拐小彎，可用于城市和各類地形特殊的地區[5]。特別適合以下區域：如繁華城市的重點區域、山區景區、江河湖畔等條件復雜地區觀光旅游。如東北雨雪天氣下，山區景點的觀光旅游；或城市核心商業區觀光旅游點之間的串聯[7]。

5）索軌交通的驅動和走行系統產生的噪聲都很小。城市環境影響很小。索軌交通采用電力驅動,不會產生廢氣污染大氣。

6）靈活性大,易于擴建和移遷。索軌交通構造簡單,施工簡便、速度快,干擾少,易于擴建和移遷。

4.2缺點

1）載客量少，運能有限，突發客流應對能力不足。車輛靈活編組不足，系統擴充能力不足。不適合線路長、客流量大的情況。

2）采用集中動力驅動，因此動力室的設備可靠性要求非常高。

3）系統故障模式容易導致全線癱瘓。

4）雷雨天氣需要考慮特殊防雷。

5）類似道岔的線路換線裝置的結構復雜。類似的跨坐式單軌、空軌、磁懸浮等交通模式都存在這樣的問題。一旦車輛選擇不同的進路，道岔轉換準備時間長，需要完成解鎖、位移和鎖閉等步驟。而且裝置的通用性差，進一步降低了索軌交通的運能和通行效率。

6）由于多采用高架，因此故障救援會較困難。

5結語

簡單系統就意味著系統故障率小、可靠性高，意味著成本低、維護性高。雖然纜線技術原理簡單，但是利用最新控制技術、計算機技術、自動化技術裝備的交通運輸系統給乘客帶來了舒適性和便利。另外纜索牽引軌道交通系統帶來的社會經濟效益方面，也是顯而易見，尤其是地鐵輕軌建設的高昂建設費用，給地方財政帶來巨大壓力。纜索牽引動力軌道交通系統在成本方面的優勢非常明顯。同樣我們也應該看到纜索動力軌道交通的運量運力不足。軌道交通研究，也應該在此方向拓展。相信在不遠的將來，纜線動力的APM系統作為大容量軌道交通的有益補充，一定能在適合的地方為城市交通增添活力。

作者：肖陽?。焕顡碥?；王維；徐志榮 單位：中車南京浦鎮車輛有限公司